В случае ковалентных кристаллов с большими междоузлиями возможно растворение крупных атомов и даже молекул. Например, выпускаемые керамической промышленностью молекулярные сита характеризуются межузельными порами с размерами, достаточными для удержания низших углеводородов, например, пропана C3H8.
Рис.1.5.14. Пределы растворимости в конденсированном состоянии компонентов X и У: а - твердый раствор с ограниченной растворимостью компонентов, б - то же с неограниченной растворимостью
.
При одинаковых или близких радиусах и зарядах ионов могут образоваться твердые растворы замещения в широком интервале составов. Так, отличие радиусов ионов Fe+2 и Mg+2, не превышающее 10...15%, и одинаковость их ионизационных свойств приводят к тому, что в неметаллическом сплаве (Fe, Mg)O возможно полное взаимное замещение катионов Mg+2 и Fe+2. Аналогичный вывод можно сделать о широком спектре неметаллических сплавов с общей формулой Мn(S,Se), где наблюдается полная взаимозаменяемость анионов S-2 и Se-2. Непрерывный ряд растворов типа данных на рис. 5.6 б образуют Си и Ni. В этих случаях наличие примесей-дефектов может приводить к заметному упрочнению, что может играть как положительную, так и отрицательную роль и должно обязательно учитываться при разработке соответствующих технологий.
Производство, испытание и применение особо чистых веществ представляет собой особую и очень перспективную отрасль науки и техники, включающей в себя и использование космических технологий получения материалов. Особо чистые вещества зачастую обладают совершенно необычным комплексом свойств. Например, совершенно чистый кремний по теоретическим оценкам должен быть диэлектриком с удельным сопротивлением r = 2000 Ом×м, а примеси порядка 10-9 % делают его полупроводником r»1¸10 Ом×м.
Германий без тщательной очистки - металл по электропроводности, при очистке до 10-7 – 10-8 % - типичный полупроводник, р - или n - типа в зависимости от валентности примеси.
Тщательно очищенное железо очень пластично, химически инертно и не подвержено атмосферной коррозии; Ti, Сг, Bi, W, Мо, хрупкие при обычных способах получения, после очистки становятся пластичными и легко обрабатываются, а олово становится столь пластичным, что течет как тесто под собственным весом, оставаясь в кристаллическом состоянии.
Необходимо помнить, что после любой очистки взаимодействие свободной поверхности любых твердых тел с газами атмосферы приводит к формированию на ней мономолекулярных слоев этих газов, воды, оксидов, карбидов, гидридов и т.п.
Важнейшим комплексом свойств твердого тела являются механические свойства - прочность, пластичность, твердость, износостойкость и другие, определяющие основные эксплуатационные характеристики изделий, такие как надежность, долговечность. В 40-50-е годы было установлено, что определяющую роль в уровне этих свойств играют одномерные или линейные дефекты кристаллической решетки, называемые дислокациями. Их существование твердо установлено экспериментальными исследованиями и прямыми наблюдениями с использованием оптических и электронных микроскопов. Теория дислокаций хорошо разработана и описана в ряде монографий.
Дислокации нарушают правильное чередование атомных плоскостей и атомов в рядах. Число дислокаций в теле характеризуется числом дислокационных линий, пересекающих единичную площадку (1 см2), расположенную внутри тела (так называемый "дислокационный лес"). Оно колеблется от 102…103 см-2 в наиболее совершенных монокристаллах и одиночных дислокаций (1…3) в микрокристаллах- "усах" - до 1011…1012 см-2 в сильно деформированных металлах. Кристаллов без дислокаций в природе не существует.
Роль дислокаций велика не только в механических свойствах, но также и в электрических, магнитных и оптических характеристиках кристаллических материалов.
К р а е в ы е и в и н т о в ы е д и с л о к а ц и и
 |
Рис.1.5.15. Краевая дислокация в
кристалле как "экстраплоскость" (а) и как незавершенный сдвиг (б), 
- вектор Бюргерса дислокации, R-радиус ядра дислокации
Линейной или краевой дислокацией называется линия, выделенная знаком ^ на рис. 1.5.15, а и ориентированная перпендикулярно рисунку, или граница GH, отделяющая область AGHB, где сдвиг еще не произошел, от области GHDC, где он уже закончен. Из рис. 1.5.15,а ясно видно, что вблизи ядра дислокации имеется область материала с напряжениями сжатия (вверху) и область с напряжениями растяжения (внизу). Радиус ядра дислокации R » 10 Å .
Искажение решетки, связанное с наличием в ней винтовой дислокации, можно представить в виде винтовой поверхности, возникающей также вследствие незавершенного сдвига (рис.1.5.16).
Винтовые дислокации могут возникать также спонтанно в процессе роста кристаллов.
Выходы линий винтовых и краевых дислокаций на поверхность можно наблюдать визуально в оптический микроскоп уже при сравнительно небольших увеличениях, если предварительно обработать поверхность кристалла специальными реагентами-травителями. Вследствие более сильного взаимодействия реагента с атомами кристалла в области концентрации упругих напряжений, в ядре дислокаций на поверхности образуются ямки травления пирамидальной или округлой формы, легко обнаруживаемые под микроскопом.
 |
Рис. 1.5.16. Винтовая дислокация в кристалле. Вертикальными штрихами заштрихована винтовая часть, воспроизводящая весь кристалл; АВ - линия дислокации, b - ее вектор Бюргерса
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.